1 LAZERLAR FIZIKASI FANIDAN LAZERLARNING ISHLASH PRINSPI MAVZUSIDA KURS ISHI 2 KIRISH………………………………………………..…………..…………3 1. LAZERLAR ISHLASH PRINSIPI ………………………………………...5 2. Lazerlar funksional sxemasi………………………………………………………. 3. Lazer nurinig xossalari……………………………………………………………. 4. Eynshteyn koeffisientlari………………………………………………………….. 5. Ber-Burger qonuni va manfiy yutilish,……………………………………………. XULOSALAR……………………………………………………………….. ILOVALAR…………………………………………………………………. FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR…………………………………….. 3 KIRISH Mustaqil O’zbekiston Respublikasida 1997 yili 29 avgustda tasdiqlangan “Ta’lim to’g’risida ” va “Kadrlar tayyorlash milliy dasturi” to’g’risidagi qonunlarini hayotga tadbiq etish mamlakatda tub islohotlarga olib keldi. U jamiyat ta’lim-tarbiyasiga mas’ul muassasalar oldiga xar tomonlama etuk barkamol avlodni etishtirishdek ulkan vazifani yukladi. Barkamol avlodni tarbiyalash ta’limtarbiya muassasalari tizimiga, u tizimda foydalanilayotgan o’quv dasturlari va o’quv rejalariga, shu dastur va rejalarga mos bo’lgan ta’lim-tarbiya vositalari va ular bilan ta’min etilganlik darajasiga bog’liqdir. Ta’lim-tarbiya vositalari orasida jaxon talab darajasida tayyorlangan o’quv darsliklari va qo’llanmalari alohida ahamiyatga egadir. Zamon talabi darajasida daslik va qo’llanmalar yaratish O’zbekiston o’quv muassasalari oldiga qo’yilgan eng dolzarb masalaga aylandi. Ushbu dolzarb masala ta’lim tizimining barcha jabhalariga ham bir hil taalluqlidir. Ushbu masalani hal etish maktab, kollej, listey va oliy yurtlari o’qituvchilari, ilmiy-tadqiqotlari xodimlari zimmasiga tushadi. Oliy o’quv yurtlari talabalariga mo’ljallangan maqbul o’quv qo’llanmalar yaratish ham zikr etilgan dolzarb masalaning tarkibiy qismi hisoblanadi. “Lazer fizikasi” fanudan o’quv qo’llanmasini yaratiga qo’l urildi. Demak, universitet talabalari uchun shu kungacha o’zbek tilida mavjud bo’magan “Lazer fizikasi” o’quv qo’llanmasini yaratish dolzarb masala tarkibidagi ishdir. “Lazer fizikasi” fanidan o’quv qo’llanmasini tayyorlashda Davlat Ta’lim standarti (DTS), o’quv dasturi va rejasi asos qilib olindi. Bu sohadagi ilmiy, o’quv adabiyotlari, turli anjuman materiallari va internet materiallari tahlil etildi. Natijada fan dasturi tuzilib, qo’llanma mundarijasi shu dastur asosida shakllantirildi. Demak, davlat meyoriy xujjatlari va mavjud ilmiy va o’quv ta’lim-tarbiya vositalari izlanish ishi (qo’llanma yaratish faoliyati) ning ob’ekti hisoblanadi. Tayyorlangan “Lazer fizikasi” fani bo’yicha o’quv qo’llanmasi Andijon davlat universiteti fizika-matematika fakulteti “fizika” ta’lim yo’nalishi 3-kurs talabalarini o’qitishda sinovdan o’tkazildi. Sinov davrida fan uchun tuzilgan reyting tizimi, tizimning “joriy baholash”, “oraliq baholash” va “yakuniy baholash” bosqichlari uchun tayyorlangan oddiy va test savollari, ular asosida tayyorlangan variantlar, tarqatma materiallar o’quv jarayonida sinab ko’rildi va ijobiy natijalarga erishildi. 4 LAZERLAR ISHLASH PRINSIPI YORUG’LIK HAQIDA BOSHLANG’ICH MA’LUMOTLAR. Yorug’lik hodisalarini tushuntirishda ikki xil tasuvvurdan foydalaniladi. yorug’likning elektromagnit to’lqin ekanligini e’tirof etsak, yorug’likning interferenstiyasi, difrakstiyasi, dispersiyasi va qutblanish xodisalarini izohlash mumkin. Elektromagnit to’lqin o’zaro perpendikulyar tekislikda ayni bir yo’nalishda tarqaluvchi elektr to’qini (elektr maydoni tebranishining ṙ yo’nalishda tarqalishi) va magnit to’lqini (magnit maydoni tebranishlarining r vektor yo’nalishida tarqalishida tarqalishi) majmuasidan iborat.Tebranish davrini T, ν chastotasini, ω siklik chastotasini bilan belgilasak bog’lanishlar o’rinli bo’ladi. Odatda yorug’likning vakuumdagi tezligini muhitdagi tezligini v bilan belgilasak, muxit dielektrik singdiruvchanligini e magnit singdiruvchanligi myu bo’lganda muhitning yorug’lik sindirish ko’rsatkichi uchun 5 Yorug’lik zarrasi “foton” nomi bilan atalib, u o’zida miqdor energiya ulushiga ega bo’lgan kvazizarradir. Bu erda h  6.610 j*s Fotonning vakuumdagi energiyasi E=hu=mc2 ifodalar yordamida aniqlanadi. Implusi esa quydagicha Bu holda yorug’lik fotonlar oqimidan iborat bo’lib, uning zichligi yorug’lik dastasi intensivligini belgilaydi. yorug’lik dastasi intensivligi uning chastotasi va tezligiga proporstional bo’ladi. Issiqlik nurlanishi, fotoeffekt hodisalari, Kompton effekti yorug’likning zarracha tabiatini inobatga olib izohlaydilar. Yorug’likning to’lqin va zarracha tabiati haqidagi tasavvurlar bir- birini rad etmaydilar, ular bir-birini to’diradilar. Yorug’likning zarracha tabiati M.Plank ishlarida, Eynshteyn ishlarida, Stoletov, Lebedev tajribalarida yoritilgan. Yorug’likning nurlanish jarayoni uning zarracha tabiatini bayon etuvchi kvant nazariyasi yordamida, yorug’likning tarqalishini esa elektromagnit to’lqin nazariyasi yordamida izohlansa, yorug’likning yutilishi yoki kuchayishi kvant nazariyasi yordamida izohlanadi. Lazerlar haqida qisqa tarixiy ma’lumot. Lazer so’zi inglizcha “laser” so’zidan olingan. “Laser” so’zi esa “Light Amplification by Stimulated Emission of Ratiation” iborasining bosh harflaridan olingan bo’lib, “Majburiy nurlanish tufayli yorug’likning kuchayishi” ma’nosini anglatadi. Lazer nurlanishi ultrabinasha, infraqizil va ko’zga ko’rinadiga diapazondagi elektromagnit to’lqinlardir. Bu to’lqinlar atom va molekulalarning majburiy (stimullangan) nurlanishiga asoslanib hosil qilinadi. Bunday nurlanish hosil qiluvchi qurilmani lazer yoki optik kvant generator (OKG) deyiladi. Sovet fizigi V.A. Fabrikant 1940-1941 yillarda gaz razryadi spektrini o’rganish ishlari davomida “majburiy nurlanish hisobiga” yorug’lik intensivligini kuchaytirish mumkinligini isbotladi. 1955 yilda Sovet fiziklari A.M. Proxorov va N.G. Basov o’ta yuqori chastotali birinchi kvant generatorini yaratdi. Bu mikroto’lqin diapazonidagi optik kvant generator- mazer edi. 1958 yilga borib Proxorov va Basov bilan ayni bir vaqtda AQSH fizigi CH. Tauns ko’zga ko’rinadigan yorug’lik spektri diapazonida kvant generatori-lazer qurish mumkinligini ilmiy va amaliy isbotladilar. Lazer qurilmalarida ishlatiladigan ishchi materiallarni lazer materiallar deyiladiyoki ularni faol (aktiv) moddalar deb ataladi. Faol muhit sifatida yoqut kristali (rubin) ishlatiladigan lazer 1960 yil yaratildi. Keyingi 6 kashfiyotlarda neon va geliy gazlari arlashmasi qo’llaniladigan lazer (1960 y), neodim ionlari qo’shilgan silikat shisha qo’llanilgan lazer (1961y), yarimo’tkazgich birikma kalsiy-mishyakli kristallari qo’llanilgan lazer (1962 y), anorganik suyuqlikdagi neodim eritmasi selenoksixlorid va organik bo’yoq eritmalari ishlatiladigan lazerlar (1966 y) yaratildi. 1974 yilga kelib faol moddalar (lazer materiallar) soni 200 ga etgan edi. Har xil aralashmalar qo’shilgan ion kristallar eng katta lazer materiallari guruhini tashkil etadi. Tartibsiz ichki tuzilishga ega bo'lgan lazer shishalar shisha hosil qiluvchi komponentalar va faol aralashmalar sifatida olingan ionlardan iborat bo’ladi. yarimo’tkazgichli lazer materiallar birikmali kristallardan iborat bo’ladi. Ularda ishchi elementi qalinligi 0,1 mkm bo’lgan p-n o'tish bo'lib, o'lchamlari 1x1x0,2 mm li plastinka ko’rinishda tayyorlanadi. Demak, faol muhitga bog'liq holda lazerlarning qattiq jismli, suyuqlikli (kimyoviy), gazli, yarimo'tkazgichli va bo'yoq moddali turlarga ajratish mumkin. Lazerlarning ishlash prinsiplari. Lazerlarningishlash prinsipida faol moddaning atom tuzili- shi juda muhimdir. Muhit atomlarining qo’zg’algan (g’alayonlangan) holatida, metastabil holatida yoki g’alayonlangan holatda “uzoq vaqt turish” hususiyati bo’lishi zarur. Atomlar o’z tuzilishiga qarab biror “turtki”siz 107 109 sekund metastabil holatda bo’ladilar. Oddiy muhitdan yorug’lik o’tsa u yutiladi va intensivligi kamayadi. faol muhitda esa yorug’lik tarqalishida u kuchayishi va intensivligini ortishi kuzatiladi. Bunday muhitlarfaol yoki zarralarning energetik sathlar bo’yicha inversli (teskari) muhit deyiladi. Optik kvant generatori (OKG) yoki lazer faol muhit, qo’zg’atuvchi (tebrantiruvchi) qurilma va rezonatordan iborat bo’ladi. Faol muhit turiga qarab lazer qurilmalari qattiq jismli, suyuqlikli, gazli, yarimo’tkazgichli va bo’yoq moddali lazerlar ko’rinishida bo’ladi. Muhitni g’alayonlangan (uyg’ongan, qo’zg’algan) holatga keltirish (aktivlashtirish) qo’zg’atuvchi qurilma yordamida “qo’zg’otib” amalga oshiriladi. Qattiq jismli lazerlarda qo’zg’atish yoki “optik tazyiq” kuchli yorug’lik yordamida bajariladi. Gazli lazerlar elektr razryadi (uchqun)dan foydalaniladi. yarimo’tkazgichli lazerlar faol muhit ishchi qismi p-n o’tish orqali elektronlar oqimi (elektr toki) ni o’tkazishga asoslanib ishlaydi. Invers bandli muhit nurlanishi intensivligini oshirishda rezonatorlar (ikkita yaqin shaffof ko’zgular) dan foydalaniladi. Tarqalayotgan fotonlarning faol muhit orqali ko’p marta o’tishi rezonator yordamida amalga oshiriladi. Lazerlarda ular tutib qoluvchi va kuchaytiruvchi vazifasini bajaradi. Lazerlarning ish jarayonini 3 yoki 4 sathli modelda ko’rsatish mumkin. Uch sathli generatorlarda “lazer nurlanish” elektronlarning invers 7 joylashishi asosida sath bilan “uyg’ongan” sathlarning birortasi orasida, to’rt sathli generatorlarda esa ikkita “uyg’ongan” sathlar orasida ro’y beradi. Uch sathli sxema bilan ishlaydigan lazerlarga yoqut (rubin) lazeri misol bo’la oladi. Bu guruhga kirgan xrom, samariy , uran neodim va boshqa elementlardan tuzilgan lazerlar kiradi. Rubin (yoqut) lazerda 0,05% gacha xrom onlari qo’shilgan alyuminiy oksid dan tayyorlangan kristall ishlatiladi (1-rasm). Lazerlarda asoslari parallel bo’lgan silindrik sterjen ishlatiladi. Impulsli lampadan chiquvchi yorug’lik faol muhitda tebranish hosil qiladi. Lazer nurlanishini hosil qilishda bir nechaming joulgacha energiyali zaryadlangan kondensatorlar batareyasi lampa orqali razryadlanadi. Lampa qisqa muddatlar yorug’lik oqimi bilan yoqut o’qini yoritadi. Impulsli lampaning kuchli yorug’lik oqimi yoqutga tushganda, xrom ionlari lampadan chiqayotgan nuolanish spektrining yashil va sariq qismlarini yutib, “uyg’ongan” holatga, ya’ni uchinchi energetik sathga o’tadi. Xrom ionlari qisqa vaqt turgach, spontan holda nurlanishsiz ikkinchi (metastabil) holatga o’tadi. bu nurlanishga tayyor faol muhitni hosil qiladi. Lampa nurlanishidan turtki olib, lazer nurlanishi hosil qilinadi. Lazerning nurlanish quvvati 2 Kvtgacha etadi. Uning foydali ish koeffitsienti 0,1-10% ni tashkil etadi. Suyuqlikli lazerlar organik bo’yagichlar eritmasida ishlaydigan lazerlardir. Bu lazerlarda “optik tazyiq” ni yoqutli lazer yoki neodim shishali lazer bajaradi (2-rasm). Bo’yagich moddalarning ko’p turi (~100) mavjud ekanidan lazer nuri chastotasi turli bo’ladi. Gazli lazerlarda faol muhit sof gaz yoki gazlar aralashmasidan iborat bo’ladi. Geliy-neonli lazer bunga misol bo’la oladi (3-rasm). Gaz arlashmasi elektr razr-yadi bilan “uyg’ongan” holatga keltiriladi. Bu lazer rezonatori gazli nay o’qiga tik joylashtiriladi. Bu lazer nurlanishi   0,633mkm bo’lgan kogerent to’lqindir yoki  1,15 mkm infraqizil nurni generatsiyalaydi. Yarimo’tkazgichli lazerlarda faol muhit p-n o’tishli yarimo’tkaz- gichdir. yarimo’tkazgichli lazerlarda faol muhit optiq tazyiq va elektr toki ta’sirida uyg’ongan holatga keltiriladi. yarimo’tkazgichli diod qalinligi 0,1 mm va yuzasi bir necha mm2 bo’lgan kristall plastinkadan iborat (4-rasm). Plastinkaning ikki tomoniga elektrodlar ulanadi. Bu lazerlar nurlanish diapazoni infraqizildan ultrabinafshagacha bo’lishi mumkin. Bu lazerlar tuzilishi sodda, o’lchamlari kichik va uzoq vaqt davomida ishlaydi. Ionli va kimyoviy lazerlar 8 ham gazli lazerlar hisoblanadi. Ionli lazerlarda faol muhit ionlar bo’lsa, kimyoviy lazerlarda esa kimyoviy reaksiya natijasida uyg’ongan holatga o’tgan atomlar bo’ladi. 1-rasm. Yoqutli lazer .L optic rezanator (implus yorug’lik manbayi) 2-rasm. Yarim o’tkazgichli lazer Muhit atomlarining qandaydir ikki holati energiyalarining Em-En ayirmasiga mos bo‘lgan chastotali yassi to‘lqin shu muhitda 9 tarqalayotgan bo‘lsin. Nurlanishning oqimi Buger qonuniga muvofiq o‘zgaradi, bunda yutish koeffitsiyenti (1) munosabat bilan aniqlanadi:    m  m n n m mn а g N g N g а \ \ 4 1 ) ( 2       (1) bu erda - Eynshteyn koeffitsiyenti, gm, gn - va Nm, Nn lar - m,n holatlarning statistik og‘irliklari va balandliklari. (1) dagi Nn/gn va Nm/gm hadlar mos n→m va mn o‘tishlarning ulushlarini ko‘rsatib, bu o‘tishlarda fotonlar yutiladi va induksiyalangan ravishda chiqariladi. Muhitning hajm birligida yutilgan quvvatni quyidagicha ifodalash mumkin: (2) bu yerda u() va I() energiyaning va oqimning spektral zichliklari (1 sm3 да). Agar nurlanish tarqalayotgan muhit termodinamik muvozanatda bo‘lsa, Bolsman prinsipiga muvofiq Nm/gm<Nn/gn bo‘ladi va demak, a(>0) bo‘ladi. Bu hol nurlanishning yutilishiga mos keladi. Agar biror usul yordamida Nm/gm>Nn/gn bo‘ladigan sharoitlarni amalga oshirsak, a( koeffitsiyent o‘z ishorasini o‘zgartirib, manfiy kattalik bo‘lib qoladi. Bu holda muhitda tarqalayotgan energiya oqimining zichligi termodinamik muvozanat holidagi kabi kamaymasdan, balki ortib boradi. Boshqacha aytganda, induksiyalangan nurlanish natijasida yorug‘lik oqimiga qo‘shilgan fotonlarning soni oqimdan teskari (n→m) o‘tishlarda atomlarning uygonish uchun olingan fotonlarning sonidan katta bo‘ladi. Atomlar konsentratsiyalarining Nm/gm>Nn/gn tengsizlikka mos bo‘lgan munosabati m, n energetik sathlarning invers bandligi deyiladi. Energetik sathlari invers bandlikka ega bo‘lgan va o‘zida tarqalayotgan nurlanishni kuchaytiradigan muhit aktiv muhit deb ataladi. Gaz razryadda sathlarning invers bandligini ba’zi ximiyaviy reaksiyalar, optik uyg‘otish va hokazolar yordamida hosil qilish mumkin. Majburiy o‘tishlar natijasida vujudga kelgan elektromagnitik to‘lqinlar bu o‘tishlarga sababchi bo‘lgan to‘lqin bilan kogerent bo‘ladi. Xususan, atomlar bilan o‘zaro ta’sirlashuvi maydon yassi monoxromatik to‘lqin bo‘lsa, u holda majburiy ravishda chiqarilgan fotonlar ham shunday chastota, qutblanish, faza va tarqalish yo‘nalishiga ega bo‘lgan yassi monoxromatik to‘lqinni tashkil qiladi. Majburiy chiqarish (yutish kabi) natijasida faqat tushayotgan to‘lqinning amplitudasi o‘zgaradi. Yuqorida aytilganlarni majburiy chiqarish nurlanishni uning boshqa xarakteristikalarini o‘zgartirmay kuchaytiradi, majburiy yutish esa susaytiradi degan fikrning boshqacha shaklda aytilgani deb hisoblash mumkin. Lekin optik kvant generatorlari nurlanishning xususiyatlarini tushunish uchun tushayotgan to‘lqin bilan majburiy o‘tishlar natijasida chiqarilayotgan   mn  а         ,         d сu d d q a a a   10 «ikkilamchi» to‘lqinlarning kogerentligi to‘g‘risidagi tasavvurlarga asoslansak manbadan ma’lum bir yo‘nalishda tarqaluvchi quvvatli nurlanish olish uchun zarur bo‘lgan fazoviy sinfazlik shartini majburiy chiqarish jarayonida amalga oshirish mumkinligi ko‘rinadi. Haqiqatdan ham, fazoning har xil nuqtalarida joylashgan atomlar chiqarayotgan to‘lqinlarning boshlang‘ich fazalari mos yo‘l farqini kompensatsiyalaydigan bo‘lsa, bunday to‘lqinlar kuzatish nuqtasida sinfazali ravishda qo‘shiladi. Yuqorida muhokama qilingan va majburiy o‘tishlar bilan bog‘langan kogerent nur chiqarishdan tashqari, muhit atomlari spontan o‘tishlarda ham qatnashib, natijada bir-biri bilan hamda tashqi maydon bilan kogerent bo‘lmagan to‘lqinlar chiqarilishini yoddan chiqarmaslik kerak. Shunday qilib, aktiv muhitning nurlanishi har doim kogerent va kogerent bo‘lmagan qismlarning aralashmasidan iborat bo‘lib, ular o‘rtasidagi munosabat, xususan, tashqi maydonning intensivligiga bog‘liq bo‘ladi. Oxirgi holni tushuntirish oson, chunki majburiy chiqarish jarayonida qatnashgan atomlar uyg‘onish energiyasidan mahrum bo‘ladi va, demak, spontan ravishda nurlantira olmaydi. Yuqoridagini batafsil analiz qilish majburiy o‘tishlar ta’sirida kogerent bo‘lmagan spontan nurlanishning to‘liq intensivligigina emas, balki uning spektral tarkibi ham o‘zgarishini ko‘rsatadi. Energetik sathlari invers ravishda bandlangan muhitning yorug‘likni kogerent kuchaytirishi bunday muhitdan monoxromatik nurlanishning yo‘naltirilgan oqimi hosil qilish uchun foydalanish imkoniyatini belgilab berdi. Fabrin-Pero interferometrlarida qo‘llaniladigan ko‘zgularga o‘xshash ikki ko‘zgu o‘rtasiga qo‘yilgan aktiv muhit yorug‘likni qanday nurlantirishini ko‘raylik 3-rasm). 11 3 – rasm. Optik kvant generatorining prinsipial chizmasi. Bunday sistemani aktiv optik rezonator deb aytish qabul qilingan. A nuqtadagi uyg‘ongan atom invers balandlikka ega bo‘lgan sathlar o‘rtasidagi spontan o‘tish natijasida to‘lqin chiqargan bo‘lsin. To‘lqin aktiv muhitda o‘tadigan yo‘l qancha katta bo‘lsa, to‘lqin shuncha kuchayadi. Rezanator o‘qiga perpendikulyar bo‘lgan yo‘nalishlarda kuchaytirish eng kam bo‘ladi. Boshqa yo‘alishlarga birmuncha ko‘proq yo‘l mos keladi va demak, birmuncha ko‘proq kuchaytirish mos keladi. (1-rasmda) bunday hol kuchaytirilayotgan yorug‘lik oqimidagi strelkalarning sonini ko‘paytirish bilan sxematik ravishda ko‘rsatilgan. Kuzgudan qaytgandan keyin to‘lqin yana aktiv muhitda tarqaladi va uning amplitudasi o‘sib boradi. Keyin to‘lqin qarama-qarshi turgan ko‘zguga etadi, undan qaytadi va aktiv muhitda ko‘chayishda davom etadi, shundan so‘ng aytib o‘tilgan sikldagi hamma bosqichlar takrorlanadi va rezanatordagi to‘lqinning energiyasi ortib boradi. Aktiv muhit tomonidan kuchaytirilishdan tashqari, rezonator ichidagi to‘lqinning amplitudasini kamaytiradigan qator faktorlar ham ta’sir qiladi. Rezonator ko‘zgularining qaytarish koeffitsiyenti birga teng emas. Uning ustiga nurlanishni rezonatordan chiqarish uchun ko‘zgulardan hech bo‘lmaganda bittasi qisman shaffof qilib yasaladi. Bundan tashqari, nurlanish rezonator o‘qi bo‘ylab tarqalayotganda nurlanish oqimining energiyasi oqimning difraksiyasiga, rezonatordagi muhitda sochilishiga va hokozalarga ham sarflanadi. Energiyaning bunday isroflarini ko‘zgular uchun ularning haqiqiy r qaytarish koeffitsiyentidan kichik bo‘lgan reff effektiv qaytarish koeffitsiyentini kiritib hisobga olish mumkin. Agar to‘lqinning L yo‘ldagi kuchayishi uning ko‘zgulardan qaytgandagi energiya isroflarining yig‘indisidan katta bo‘lsa, har bir yugurishdan so‘ng to‘lqinning amplitudasi borgan sari kattaroq bo‘ladi. To‘lqin energiyasining u() zichligi kuchaytirish koeffitsiyentining kattaligi to‘yinish effekti natijasida ancha kamayadigan bo‘lguncha to‘lqin kuchayaveradi. Statsionar holat muhitdagi kuchayishning energiya isroflari yig‘indisi bilan raso kompensatsiyalanish shartiga mos keladi. Shunday qilib, lazerlardan nurlanishni generatsiya qilish masalasida to‘yinish effekti prinsipial ahamiyatga ega. Nurlanishning yo‘naltirilgan oqimini generatsiyalash imkoniyatini belgilaydigan miqdoriy munosabatni quyidagi mulohazalar asosida topish mumkin. Aktiv muhitdagi biror А 12 nuqtada vujudga kelgan va spektral zichligi I0 bo‘lgan nurlanish oqimi rezonator o‘qi bo‘ylab yo‘nalib, o‘ng tomondagi ko‘zguga borayotib kuchayadi, undan qaytadi va chap ko‘zgudan qaytgandan so‘ng o‘zining dastlabki yo‘nalishida tarqalib, yana А nuqtadan o‘tadi. Shunday qilib, nurlanish rezonatori tarqalishining bir siklida 2L ga teng yo‘l bosib o‘tadi. Agar energiya hech isrof bo‘lmasa, oqim I0 exp[2()L] ga teng kattalikkacha kuchayishi kerak, bu yerda () - kuchaytirish koeffitsiyenti. Lekin ko‘zgularning effektiv reff qaytarish koeffitsiyenti orqali hisobga olingan energiya isroflari natijasida energiya oqimining rezonatordagi bir sikl tarqalishidan keyingi zichligi I0 r2eff exp[2()L] ifoda bilan aniqanadi. Shuning uchun rezonatorda nurlanish generatsiya qilish imkoniyati to‘g‘risidagi masalaning    0  0 2 0 exp 2 I L I r eff        1 exp 2 0 2 0 L  I r eff   (3) shartga keltiriladi. Bu yerda 0() - kuchaytirish koeffitsiyentining intensivliklar kichik bo‘lgandagi, ya’ni to‘yinish effekti hisobga olinmagan holdagi qiymati (to‘yinmagan kuchaytirish koeffitsiyenti). (3) munosabat tenglikka aylanganda generatsiyaning bo‘sag‘a shartlariga erishilgan bo‘ladi. Yuqorida aytilganlarga mos ravishda generatsiyaning statsionar quvvati quyidagi shart bilan aniqlanadi:     1 exp 2 2 0 L  I r eff   ( 4) bu munosabatni potensirlab,    reff  f f L ln /1 ,     (5) shartlarni topamiz. (4) yoki (5) shartlar statsionar generatsiya shartlari deyiladi. Yuqorida kiritilgan f kattalik energiyaning nisbiy isroflari yoki qisqacha isroflar deyiladi. Ba’zan f kattalik o‘rniga rezonatorning aslligi deb ataladigan Qr kattalikdan foydalaniladi. Tebranuvchi sistemaning asilligi deb, sistemada jamg‘arilgan energiyaning sistemadan tebranishning bir 2 / davrida chiqayotgan energiyaga nisbatiga aytiladi. Optik rezonatorlarda yuqorida aytilgancha ta’riflangan asllik f isroflarga q f L f Qr / 2    (6) munosabat orqali bog‘langan, bu yerda q – rezonatorning L uzunligida joylashgan yarim to‘lqinlar soni. 13 Spontan nurlanishning aktiv rezonatorda kuchaytirilishi va nihoyat, shu rezonatorning kogerent nurlari generatorlariga aylanishi avtotebranuvchi sistemalarda generatsiya o‘z- o‘zidan uyg‘ongan vaqtda rivojlanib boradigan jarayonlarga juda o‘xshashdir. Bunday sistemalarda tebranuvchi sistema bilan tebranishlarni ta’minlab turgan energiya manbai o‘rtasidagi musbat teskari bog‘lanish muhim rol o‘ynaydi. Induktiv musbat teskari bog‘lanishning mohiyati qiyosan sodda bo‘lishini elektron lampali tebranish generatorida ko‘rishimiz mumkin. Optik kvant generatorlarida ko‘zguli rezonator nurlanish maydoni bilan uning energiya manbai- aktiv muhit o‘rtasida musbat teskari bog‘lanish vujudga keltiradi. Rezonatorning ko‘zgulari tufayli yorug‘lik oqimi aktiv muhitda ko‘p marta tarqaladi (shu bilan u kuchayadi). Bu hol generatsiyaning o‘z-o‘zidan uyg‘onishi hamda uni davom ettirish uchun zarur. Lekin rezonatorning lazer ishidagi vazifasi maydon energiyasining zichligini aktiv muhitda ko‘paytirishdangina iborat bo‘lmaydi. Yuqorida ko‘rsatib o‘tilgan o‘xshashlikka asosan, avtotebranuvchi rejimning vujudga kelishi uchun teskari bog‘lanish musbat bo‘lishi kerak. Boshqacha qilib aytganda, sistemada bo‘lgan hamda teskari bog‘lanish kanali orqali kelayotgan tebranishlar o‘rtasida qat’iy sinfazalik mavjud bo‘lishi shart. Bundan ko‘rinadiki optik kvant generatorlari fizikaning turli sahalarida paydo bo‘lgan uchta asosiy g‘oyaga asoslangan. Birinchi g‘oya Eynshteynga tegishli bo‘lib, u kogerent bo‘lmagan issiqlik nurlanishi nazariyasida majburiy chiqarish jarayoni mumkin ekanligini postulat qilib aytgan. Ikkinchi asosiy g‘oya muvozanatda bo‘lmagan termodinamik sistemalardan foydalanish bo‘lib, bu sistemalarda elektromagnitik to‘lqinlar yutilmasdan, balki kuchayishi mumkin (V.A.Fabrikant, 1940 yil). Nihoyat, radiofizika sohasiga tegishli bo‘lgan uchinchi g‘oya - kuchaytiradigan sistemani avtotebranuvchi sistemaga, ya’ni elektromagnitik kogerent to‘lqinlar generatoriga aylantirish uchun musbat teskari bog‘lanishdan foydalanishdan iborat. Uzluksiz ishlovchi geliy-neon lazeri Geliy-Neon lazerlari quvvati bir necha o‘n millivattga teng monoxromatik yaxshi dasta nurlantiradi, impulsli va uzluksiz rejimlarda ishlaydi, tuzilishi sodda va ishlatilishi qiyosan bexatardir. Bunday lazerlar spektrning ham ko‘rinuvchan, ham infraqizil sohalarida nurlanish hosil qiladi. Ular nurlanishning to‘lqin uzunligi spektrning ko‘rinuvchi sohasida uning qizil qismiga (л=632,8 nm) to‘g‘ri kelib, spektrning infraqizil sohasida esa to‘lqin uzunligi 1150 va 14 3390 nm ga teng. Bunday turdagi asboblar laboratoriyada qo‘llaniladigan lazerning keng tarqalgan turi bo‘lib qoldi, bunda nurlanishning parametrlariga qo‘yilgan talablar yuqorida ko‘rsatilgan shartlar bilan cheklanadi. Geliy-Neon lazerining prinspial chizmasi (1-rasmda ko‘rsatilgan). Bu erda 1-diametri bir necha millimetr va uzunligi bir necha o‘n santimetrdan 1,5 m gacha va undan ortiq bo‘lgan gaz razryad shisha trubkasi. Trubkaning ko‘ndalang yoqlari trubka o‘qiga Bryuster burchagi hosil qilib joylashgan yassi parallel shisha yoki kvars plastinkalar bilan yopilgan. Bu plastinkalarning trubka o‘qi bo‘yicha tarqalayotgan hamda plastinkalarda yorug‘lik tushish tekisligida qutblangan nurlanish uchun qaytarish koeffitsiyentlari nolga teng. 4-rasm. Geliy va neon lazerning prinsipial chizmasi. Geliyning trubkadagi bosimi taxminan 1 mm sim. ust. ga, neonning bosimi esa 0,1 mm sim. ust. ga teng. Trubkada past voltli manba yordamida qizdiriladigan 2 katod va silindrsimon bo‘sh 3 anod bor. Trubkadagi anod bilan katod o‘rtasiga 1-2,5 kV gacha kuchlanish ulanadi. Trubkaning razryad toki bir necha o‘n milliampermetrga teng. Geliy - noyen lazerining razryad trubkasi 4,5 ko‘zgular o‘rtasiga qo‘yiladi. Odatda sfera shaklida ishlangan bu kuzgalar ko‘p qatlamli dielektrik qoplamali qilib yasalib, bu qoplamalarning qaytarish koeffitsiyenti katta qiymatlarga ega bo‘lib, yorug‘likni qariyib yutmaydi. Bir ko‘zguning o‘tkazishi odatda 2% ga teng, ikkinchisiiki esa 1% dan kam bo‘ladi. Neon sathlarining invers bandligini ta’minlaydigan jarayonlarini qisqacha muhokama qilaylik. 1-rasmda neon atomining energetik sathlarining soddalashtirilgan chizmasi ko‘rsatilgan. (o‘ng tomonda). To‘lqin uzunligi 632,8 va 1150 nm ga teng bo‘lgan nurlanishga Е3 → E1 ва E2 → E1 o‘tishlar mos keladi. Gaz-razryad plazmasining elektronlari bilan to‘qnashish natijasida atomlarning bir qismi uyg‘onadi, bu hol 1-rasmda vertikal uzun-uzun strelkalar bilan ko‘rsatilgan. Razryadning ma’lum rejimlarida Е2 va Е1 sathlarning invers bandligi uchun bu jarayon etarli 15 bo‘ladi. Lekin л=632,8 ва л=3390 nm to‘lqin uzunliklariga mos keladigan o‘tishlar bo‘ladigan Е3,E1 va Е3,Е4 sathlar invers ravishda bandlanmagan bo‘ladi. 5-rasm. Geliy va neon atomlarining energetik sathlari. Agar razryad trubkasiga geliy kirgizsak, ahvol butunlay o‘zgaradi. Geliy 2-rasmning chap tomonida ko‘rsatilgan uzoq yashovchi (metastabil) ikki Е3', E2' holatga ega, bu holatlar elektronlar bilan to‘qnashish vaqtida uyg‘onadi va ularning yashash vaqti katta bo‘lgani sababli geliyning metastabil atomlarining razryaddagi konsentratsiyasi katta bo‘ladi. Geliyning metastabil holatlarining E3', E2' energiyalari neonning E2, E3 energiyasiga yaqin, bu hol geliy bilan neon to‘qnashganda uygonish energiyasining geliydan neonga uzatilishi uchun qulaydir. Bu jarayonlar gorizontal punktir strelkalar yordamida simvolik ravishda ko‘rsatilgan. Natijada Е3, Е2 sathlarda joylashgan neon atomlarining konsentratsiyasi keskin ortadi, E2 va E3 sathlar invers ravishda bandlanadi, Е2 va Е1 sathlarning bandliklar farqi esa bir necha marta ko‘payadi. Demak, neonga geliyning (taxminan 5:1-10:1 munosabatda qo‘shilishi Geliy-neon lazerlaridagi generatsiya uchun juda muhim. Aniq miqdoriy tekshirishlar geley-neon lazeri nurlanishining (=632,8 nm) fazoviy kogerentlik darajasi (12 birga yaqin ekanligini ko‘rsatadi. Masalan, dastaning ko‘ndalang kesimidagi intensivligi o‘qdagi maksimal intensivliklikning 0,1% iga teng bo‘lgan nuqtalar uchun oqimning kogerent bo‘lmagan 1-12 taxminan 10-3 ga teng bo‘lib, o‘qdagi nuqtalar uchun taxminan 10-5 ga teng Hisoblar lazer nurlanishining kogerent bo‘lmagan qismining qiymatlari yuqorida ko‘rsatilganidek bo‘lishiga uning aktiv muhitdagi spontan chiqarish sababchi ekanligini ko‘rsatadi. 16 Geliy–neon lazeri yuqori darajada kogerent bo‘lgani tufayli turli xil interferensiya va difraksiya hodisalarini teshirishda qo‘llanilishi kerak bo‘lgan uzluksiz monoxromatik nurlanishning juda yaxshi manbai bo‘lib, bunday tekshirishlarni oddiy yorug‘lik manbalari bilan o‘tkazish uchun maxsus apparaturadan foydalanish zarur bo‘lar edi. Geliy-neon lazerlarining turli xildagi variantlari biologik tekshirishlarda, lazerli aloqa sistemalarida, golografiyada, mashinasozlikda, tabiiyot va texnikaning boshqa ko‘p sohalarida keng qo‘llaniladigan bo‘ldi. 17 FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO’YXATI Аsоsiy аdаbiyotlаr: 1. Kаrlоv N.V. Lеksii pо kvаntоvоy elеktrоnikе. M.; Nаukа, 1988. 2. Svеltо О. Prinsipi lаzеrоv. M.; Mir, 1990. 3. Krilоv K.I. i dr. Оsnоvi lаzеrnоy tеxniki. L.; «Mаshinоstrоеniе», 1990. 4. Tursunоv А.T., Tuxlibоеv О. Kvаnt elеktrоnikаsigа kirish. 5. Dеmtrеdеr V. Lаzеrnаya spеktrоskоpiya, Nаukа, M.;1985 6. Lаndsbеrg G.S. Оptikа, Nаukа, M.; 2005. Qo’shimchа аdаbiyotlаr: 1. Klimаntоvich yu.ya. Kvаntоviе gеnеrаtоri svеtа i nеlinеynаya оptikа, Prоsvеshеniе. 1968. 2.Tаrаsоv L.V. Fizichеskiе оsnоvi kvаntоvоy elеktrоniki. M; Sоv. rаdiо, 1976. 3. Ryabоv S. G. i dr. Pribоri kvаntоvоy elеktrоniki. M.; Sоv. rаdiо, 1976. 4. Ishеnkо Е.F., Klimkоv yu. M. Оptichеskiе kvаntоviе gеnеrаtоri. M.; Sоv. rаdiо, 1976. 5. Sprаvоchnik pо lаzеrаm, V dvux tоmаx, (Pоd rеdаksiеy А. M. Prоxоrоvа) M.; Sоvеtskое rаdiо, 1978. 6. Abduboqiеv O`.A., Tojiboеv I. Lazеr fizikasi. Andijon. 2007 y